Практикум

Практикум представляет собой работы студентов на территории, прилегающей к МГУДТ, по проведению наблюдений за состоянием окружающей среды. Практические работы включают в себя выбор точек наблюдений и проведение в этих точках измерений. При этом отрабатывается умение выбора репрезентативных точек наблюдений, и проверяются навыки работы с приборами, освоенные в лаборатории. Каждая из бригад выполняет назначенный преподавателем вид измерений. Результаты наносятся на схему местности и оформляются всей группой в виде общего отчёта. В отчёте каждое измерение оформляется аналогично соответствующей лабораторной работе. Отчёт обсуждается на семинаре и по его результатам поводится оценка практических знаний каждого студента.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

Определение радиационных параметров

1. Цель работы – освоить технологию радиационной оценки окружающей среды и провести измерения её параметров в лаборатории и на прилежащей к МГУДТ территории.

2.Общие сведения

Приведём некоторые общие сведения о радиоактивности, необходимые для понимания необходимости знаний радиационной эколгии для каждого человека XXI века.

Радиоактивность - самопроизвольный распад атомных ядер, приводящий к изменению их атомного номера или массового числа и сопровождающийся альфа-, бета- и гамма-излучениями.

Хотя радиобиология как наука существует с 20-ых годов ХХ столетия, но в биологическом воздействии ионизирующего (радиоактивного) излучения до сих пор остается много неясного. Особенно это относится к воздействию на человека.

«Радиация уменьшает нормальную продолжительность жизни мышей и других животных. Такое явление, вероятно, наблюдается и у человека. Степень сокращения продолжительности жизни у мышей зависит от дозы и становится незаметной при очень малых дозах» (Ш.Ауэрбах, Генетика в атомном веке, М. Атомиздат,1968 стр. 10).

«При самых низких дозах облучения рентгеновскими лучами у мышей (и человека) может не быть видимых повреждений. Однако именно эти кажущиеся безвредными дозы ионизирующих излучений заставляют генетика беспокоиться о судьбе человечества в атомный век» (там же, стр. 11).

Именно низкие дозы, не дающие видимых последствий, представляют собой скрытую опасность деградации геномов любых живых организмов, в том числе и человека. Причём, чем более высокоорганизован биологический вид, тем хуже он приспособлен к усилению любого ионизирующего излучения. Это значит, что при росте радиационного фона первыми страдают люди и их домашние животные. Эффективный общественный контроль фоновых значений гамма-излучения и загрязнённости наиболее распространёнными радиоизотопами среды нашего обитания, может осуществляться только при условии, что граждане всех стран, обладающих современными ядерными технологиями, имеют индивидуальные средства контроля и умеют ими пользоваться. Тем более что радиометры не дороже мобильных телефонов, а технология измерения не сложнее правил эксплуатации этих, уже повсеместно распространённых, средств связи.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Под радиационными параметрами в данной работе подразумеваются:

α-излучение это поток α–частиц, образующийся при распаде неустойчивых ядер атомов. Альфа-частицы представляют собой блоки ядерных частиц, включающие в себя два протона и два нейтрона, аналогичные ядрам гелия. Энергия этих частиц относительно невелика, порядка нескольких МэВ, вследствие большой массы эти частицы быстро теряют свою энергию, поэтому в воздухе их пробег составляет 8 – 9 см, а в живой ткани всего несколько десятков микрон. Однако, несмотря на небольшую проникающую способность, удельная ионизация очень велика и составляет на воздухе несколько десятков тысяч пар ионов на один см пути. Если источник этого излучения находится вне организма, то из-за незначительной проникающей способности он не представляет большой опасности, но при проникновении внутрь с воздухом или пищей, становится наиболее опасным из всех видов ионизирующего излучения. Примерно в 20 раз более опасным, чем γ-излучение

β–излучение это поток электронов, образующейся в ходе ядерного распада при расщеплении нейтронов на протон и электрон. Энергия этих частиц тоже порядка нескольких МэВ, но, обладая значительно меньшей массой, β-частицы имеют большую, чем α проникающую способность и пробегают в воздухе до 15 м, а в живых тканях до 2,5 см. Ионизирующая способность β-частиц много меньше, чем у α–частиц, и составляет всего несколько десятков пар на 1 см пробега.

Нейтронное излучение это поток не имеющих электрического заряда, нейтральных ядерных частиц, примерно такой же массы, как и положительно заряженные протоны. Нейтроны состоят из протона и электрона (поэтому их суммарный заряд равен нулю) и сами по себе не вызывают ионизации, но преобразуют свою энергию при соударении со встреченными на своём пути ядрами атомов. Результаты этих соударений могут быть различными. При неупругих взаимодействиях возможно возникновение вторичных излучений, которые могут иметь как заряженные частицы, так и волновую составляющую (γ-излучение). При упругих столкновениях возможна ионизация вещества. Проникающая способность нейтронов зависит от их энергии.

Рентгеновское излучение это волновое излучение не ядерного происхождения, возникающее при воздействии β-частиц на атомы окружающего вещества. Энергия фотонов рентгеновского излучения составляет примерно 1 МэВ, обладает большой проникающей и малой ионизирующей способностью, и потому широко применяется в медицине.

γ-излучение это ядерное волновое излучение, такой же электромагнитной природы, как и рентгеновское и потому тоже имеет относительно небольшую ионизирующую способность при весьма значительной проникающей. Энергия фотона γ-излучения может достигать во много раз больших значений, чем фотон рентгеновского диапазона.

Повреждения, вызванные в живом организме радиацией и изменения в облучаемых материалах, проводимые с целью получения новых свойств, будут тем больше, чем больше энергии излучение передает тканям или материалам. Количество такой переданной облучаемому объекту энергии характеризуют физической величиной, называемой дозой.

Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси независимо от того, находятся ли они вне организма или попал внутрь него с пищей, водой или воздухом.

Поглощенной дозой называется количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма).Но по величине поглощенной дозы еще нельзя предсказать последствия облучения. При одинаковой поглощенной дозе α - излучение гораздо опаснее β - или γ - излучений. Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в зивертах (Зв).

Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в зивертах.

В дозиметрии определено еще и понятие мощность дозы - доза облучения (поглощенная или эквивалентная) за единицу времени. Длительные исследования действия излучений на организм человека позволили установить «безопасное» значение мощности эквивалентной дозы. Международной комиссией оно установлено равным 0.02 Зв в год для профессионалов, работающих с излучениями и проходящих регулярные медицинские обследования, и в четыре раза меньшим 0.005 Зв в год для остального населения. Эти значения безопасны в том смысле, что современная медицина не может обнаружить ни немедленных, ни отдаленных последствий такого облучения.

Активность радионуклида измеряется в беккерелях (Бк, Bq): 1 Бк соответствует 1 распаду в 1 с для любого радионуклида.

Поглощенная доза равна количеству энергии, поглощенной единицей массы облучаемого тела, и измеряется в грэях (Гр, Gy): 1 Гр = 1 Дж/кг.

Эквивалентная доза определяется по поглощенной дозе умножением ее на коэффициент К, зависящий от вида излучения, и измеряется в зивертах (Зв, Zv): 1 Зв = K×1 Гр.

K = 1	Рентгеновское, γ - и β - излучение
K = 3	тепловые нейтроны
K = 7	протоны с энергией 5 МэВ
K = 10	нейтроны с энергией 0,5 МэВ
K = 20	α - частицы

Приведем некоторые широко распространенные внесистемные единицы и их связь с единицами СИ: кюри (Ки, Cu), единица активности изотопа: 1 Ки = 3.7·10¹⁰ Бк; рад (рад, rad), единица поглощенной дозы излучения: 1 рад = 0.01 Гр; бэр (бэр, rem), единица эквивалентной дозы: 1 бэр = 0.01 Зв.